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1、 毕 业 设 计通讯技术在现代社会中的应用串行通信接口设计方案专 业 电子信息工程技术 班 级 08 级 学生姓名 指导教师 方向红 年 月 日淮南联合大学机电系1一、设计任务及要求：设计任务: 通信技术在现代社会中的应用要求: 结合所学专业知识，大量搜集有关资料，深入了解现代社会各行各业有关通讯技术的普及应用，通过观察与分析选择一到二个在通讯技术应用方面具有代表性的领域进行探讨。要求资料详实，论证充分。指导教师签名：年 月 日 二、指导教师评语：指导教师签名： 年 月 日 2三、成绩验收盖章: 年 月 日 3摘要本文讨论了串行通信设备的性能，参数及其应用方案。参数包括波特率、数据位、停止位、
2、传输距离、奇偶校验，本篇着重研究了这些参数的理论计算方法和在实际生产中的意义。介绍了串口通信设备在电力、电信、交通、餐饮、广电、金融等行业的应用及方案特点。具有串并行数据格式转换、数据传输的功能。关键词：串口设备串行接口 RS232/RS485/RS4224目录第一章 前言 .41.1 引言 .41.2 串口设备的技术背景 .5第二章 串行通信原理及方案设计 .52.1 串行通信原理 .52.2 物理接口标准 .623 串行通信接口电路的组成 .72.4.2RS-232-C 标准 .92.5 软件协议 .9第三章 串口通信设计方案 .173.1 常用参数： .17第四章 串行口软件设计 .22
3、4.1 发送程序 .224.2 自发自收程序 .23第五章 串口通信设备体系结构及解决方案 .255.1 串口通信设备体系结构 .265.2 串口卡、串口服务器应用方案 .315第一章 前言1.1 引言随着计算机系统的应用和微机网络的发展，通信功能越来越显得重要。这里所说的通信是只计算机与外界的信息交换。因此，通信既包括计算机与计算机之间，也包括计算机和外部设备之间、计算机与单片机之间的信息交换。由于串行通信是在一根传输线上一位一位的传送信息，所用的传输线少，并且可以借助现成的电话网进行信息传送，因此，特别适合于远距离传输。对于那些与计算机相距不远的人机交换设备和串行存储的外部设备如终端、打印
4、机、逻辑分析仪、磁盘等、上位机与下位机之间的通信，采用串行方式交换数据也很普遍。在实时控制和管理方面，采用多台微机处理机组成分级分布控制系统中，各 CPU 之间的通信一般都是串行方式。所以串行接口是微机应用系统常用的接口。串行通信广泛应用于 Internet、电信、金融、工业控制、服务业、终端连线及其他应用领域，在不同的应用领域，串行通信可以与其他通信方式相结合、与 Access 或 Mssql 数据库相结合、与WinSock 通信相结合，方便的与 SMS 模块、Modem、Rabbit2000 潜入式系统、PLC 通信程序、MATLAB 环境等进行通信，所以研究基于windows 的串口通信
5、软件设计具有很强应用价值。61.2 串口设备的技术背景随着网络的发展，基于 TCP/IP 协议的 IP 网的应用得到广泛普及，利用网络资源可以实现设备的网络接入，通过基于 TCP/IP 的网络实现对各个点的设备的实时监控。但随之而来也出现了新的问题，由于历史的原因，目前的工业控制设备中存在这多种通讯协议，如RS232、RS485、CAN、Modbus、以太网络协议等。当一个系统中有多个不同协议的设备时，如何用低成本的方案实现安全可靠的协议转换，实现数据的即时传输是在工业控制系统中亟待解决的首要问题。第二章 串行通信原理及方案设计2.1 串行通信原理所谓通信协议是指通信双方的一种约定。约定包括对
6、数据格式、同步方式、传送速度、传送步骤、检纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定，通信双方必须共同遵守。因此，也叫做通信控制规程，或称传输控制规程，它属于 OSI 七层参考模型中的数据链路层。目前，采用的通信协议有两类：异步协议和同步协议。同步协议又有面向字符和面向比特以及面向字节计数三种。其中，面向字节计数的同步协议主要用于 DEC 公司的网络体系结构中。72.2 物理接口标准2.21 实现数据格式化因为来自 CPU 的是普通的并行数据，所以，接口电路应具有实现不同串行通信方式下的数据格式化的任务。在异步通信方式下，接口自动生成起止式的帧数据格式。在面向字符的同步方式下，接口要在待传送的
7、数据块前加上同步字符。2.2.2 进行串并转换串行传送，数据是一位一位串行传送的，而计算机处理数据是并行数据。所以当数据由计算机送至数据发送器时，首先把串行数据转换为并行数才能送入计算机处理。因此串并转换是串行接口电路的重要任务。2.2.3 控制数据传输速率串行通信接口电路应具有对数据传输速率波特率进行选择和控制的能力。2.2.4 进行错误检测在发送时接口电路对传送的字符数据自动生成奇偶校验位或其他校验码。在接收时，接口电路检查字符的奇偶校验或其他校验码，确定是否发生传送错误。2.2.5 进行 TTL 与 EIA 电平转换CPU 和终端均采用 TTL 电平及正逻辑，它们与 EIA 采用的电平8
8、及负逻辑不兼容，需在接口电路中进行转换。2.2.6 提供 EIA-RS-232C 接口标准所要求的信号线远距离通信采用 MODEM 时，需要 9 根信号线；近距离零 MODEM 方式，只需要 3根信号线。这些信号线由接口电路提供，以便与 MODEM 或终端进行联络与控制。23 串行通信接口电路的组成为了完成上述串行接口的任务，串行通信接口电路一般由可编程的串行接口芯片、波特率发生器、EIA 与 TTL 电平转换器以及地址译码电路组成。其中，串行接口芯片，随着大规模继承电路技术的发展，通用的同步(USRT)和异步（UART）接口芯片种类越来越多，如下表所示。它们的基本功能是类似的，都能实现上面提
9、出的串行通信接口基本任务的大部分工作，且都是可编程的。才用这些芯片作为串行通信接口电路的核心芯片，会使电路结构比较简单。同步(USRT) 传输速率 b/s芯片 面向字符HDLC异步(UART)（起止式） 同步 异步INS8250 56KMC6850 1M9MC6852 1.5MMC6854 1.5MInt8251A 64K 19.2KInt8273 64KZ-80SIO 800K2.4 有关串行通信的物理标准为使计算机、电话以及其他通信设备互相沟通，现在，已经对串行通信建立了几个一致的概念和标准，这些概念和标准属于三个方面：传输率，电特性，信号名称和接口标准。2.4.1 传输率所谓传输率就是指
10、每秒传输多少位，传输率也常叫波特率。国际上规定了一个标准波特率系列，标准波特率也是最常用的波特率，标准波特率系列为110、300、600、1200、4800、9600、1920014.4Kbps、19.2Kbps、28.8Kbps、33.6Kbps、56Kbps。大多数 CRT 终端都能够按 110 到9600 范围中的任何一种波特率工作。打印机由于机械速度比较慢而使传输波特率受到限制，所以，一般的串行打印机工作在 110 波特10率，点针式打印机由于其内部有较大的行缓冲区，所以可以按高达2400 波特的速度接收打印信息。大多数接口的接收波特率和发送波特率可以分别设置，而且，可以通过编程来指定
11、。2.4.2RS-232-C 标准RS-232-C 标准对两个方面作了规定，即信号电平标准和控制信号线的定义。RS-232C 采用负逻辑规定逻辑电平，信号电平与通常的 TTL 电平也不兼容，RS-232-C 将-5V-15V 规定为“1” ，+5V+15V 规定为“0” 。图 1 是 TTL 标准和 RS-232-C 标准之间的电平转换。图 12.5 软件协议2.5.1OSI 协议和 TCP/IP 协议11图 2OSI 七层参考模型不是通讯标准，它只给出一个不会由于技术发展而必须修改的稳定模型，使有关标准和协议能在模型定义的范围内开发和相互配合。一般的通讯协议只符合 OSI 七层模型的某几层，
12、如：EIA-RS-232-C：实现了物理层。IBM 的 SDLC（同步数据链路控制规程）：数据链路层。ANSI 的 ADCCP（先进数据通讯规程）：数据链路层 IBM 的 BSC（二进制同步通讯协议）：数据链路层。应用层的电子邮件协议 SMTP 只负责寄信、POP3 只负责收信。TCP/IP 协议实现了五层协议。（1）物理层：对应 OSI 的物理层。（2）网络接口层：类似于 OSI 的数据链路层。（3）Internet 层：OSI 模型在 Internet 网使用前提出，未考12虑网间连接。（4）传输层：对应 OSI 的传输层。（5）应用层：对应 OSI 的表示层和应用层。2.5.2 串行通信
13、协议串行通信协议分同步协议和异步协议。如图三所示。异步通信协议的实例起止式异步协议图 3特点与格式：起止式异步协议的特点是一个字符一个字符传输，并且传送一个字符总是以起始位开始，以停止位结束，字符之间没有固定的时间间隔要求。其格式如图四所示。每一个字符的前面都有一位起始位（低电平，逻辑值 0） ，字符本身有 57 位数据位组成，接着字符后面是一位校验位（也可以没有校验位） ，最后是一位，或意味半，或二位停止位，停止位后面是不定长度的空闲位。停止位和空闲位都规定为高电平（逻辑值） ，这样就保证起始位开始处一定有一个下13跳沿。从图中可以看出，这种格式是靠起始位和停止位来实现字符的界定或同步的，故称为起始式协议。传送时，数据的低位在前，高位在后，图 4 表示了传送一个字符 E 的 ASCAII 码的波形1010001。当把它的最低有效位写到右边时，就是 E 的 ASCII 码1000101=45H。图 4起止位的作用：起始位实际上是作为联络信号附加进来的，当它变为低电平时，告诉收方传送开始。它的到来，表示下面接着是数据位来了，要准备接收。而停止位标志一个字符的结束，它的出现，表示一个字符传送完毕。这样就为通信双方提供了何时开始收发，何时结束的标志。传送开始前，发收双方把所采用的起止式格式（包括字符的数据位长度，停止位位数，有无校验位以及是奇校验还是偶校验等）和数据传
